12 апреля в России отмечается День космонавтики. В последние годы кажется, что в космических исследованиях нет таких прорывов, какие были в 20 веке. На самом деле новых научных открытий в области космоса много, просто совершаются они чаще не на орбите, а в научных лабораториях, а вместо космонавтов на другие планеты пока что летают беспилотники.
2023 год был богат астрофизическими открытиями, о некоторых из них рассказал старший научный сотрудник НИИ Физики Южного федерального университета, кандидат физико-математических наук Роман Ткаченко.
«Возможно, самым главным открытием является регистрация низкочастотного гравитационно-волнового фона с помощью филигранного метода тайминга пульсаров. Этот сигнал был выделен из многолетнего массива данных радиотелескопов, изучающих Вселенную в наногерцовом режиме», — подчеркнул Роман Ткаченко.
Ученые наблюдали за пульсарами и анализировали изменения в их очень регулярном периодическом сигнале, которые были вызваны едва заметным растяжением и сжатием пространства-времени, которое происходит при прохождении гравитационной волны.
В отличие от сигналов, обнаруженных интерферометрами LIGO и Virgo, они имеют чрезвычайно низкую частоту, и для наблюдения за ними потребовался бы детектор, намного превышающий размеры нашей планеты. Собрав воедино информацию, поступающую от огромного количества пульсаров, астрономы превратили нашу галактику Млечный Путь в огромный детектор гравитационных волн, называемый pulsar timing array.
«Этот тип детектора может регистрировать сигналы с частотами порядка наногерц, в то время как диапазон LIGO и Virgo колеблется от 10 Гц до 10 кГц, что позволяет изучать совершенно разные источники, такие как сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в центрах сливающихся галактик», — объяснил Роман Ткаченко.
Вторым по значимости событием учёный ЮФУ назвал публикацию некоторых результатов первого полноценного года работы космического телескопа Джеймс Уэбб.
Был получен спектр одиночной или двойной звезды на большом красном смещении z=5 (примерно 1 миллиард лет времени жизни Вселенной). Обнаружены очень массивные галактики на z>5 – такие галактики присутствуют в моделях, однако их меньше, чем наблюдается с помощью телескопа Джеймс Уэбб. Открытие яркого Квазара на z=10.3 – сверхмассивной черной дыры в молодой Вселенной.
«Кроме того, в 2023 году были открыты новые спутники Юпитера – теперь их 95, составлен полный каталог 1069 белых карликов на расстоянии 40 парсек от Солнца по данным Gaia. Космический телескоп Джеймс Уэбб впервые зафиксировал образование золота, теллура и других тяжелых элементов в результате слияния нейтронных звезд по мощному гамма-всплеску GRB 230307A продолжительностью 200 секунд, являющийся последствием слияния. Это лишь малая часть от открытий 2023 года», — рассказал Роман Ткаченко.
Астрофизик добавил, что открытия учёных, изучающих космос, за последние 100 лет значительно изменили и продвинули наше понимание Вселенной.
В 1920-х годах Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики разбегаются, что означало расширение Вселенной. В 1990-х годах Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс при наблюдениях сверхновых типа Ia обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением, что, в свою очередь, повлекло к необходимости введения во всю физику так называемой темной энергии, обеспечивающей это ускорение.
В 1933 году Фриц Цвикки, основываясь на своем определении динамической массы скопления галактик Кома, с помощью теоремы вириала оценил: реальная масса скопления была в 100 раз больше, чем предполагалось ранее на основе оценки по видимой материи. Позже необходимость учета скрытой массы понадобилась и для объяснения кривых вращения галактик. И по сей день природа темной материи является нерешенной проблемой. Особенность этой материи заключается в том, что она не излучает, не поглощает электромагнитное излучение и, как предполагается, взаимодействует с веществом только через гравитационное взаимодействие.
«И вот эти две загадки: тёмная материя и тёмная энергия говорят нам о том, что мы не знаем, что представляет собой 95% Вселенной. Тёмная материя в 5 раз по массе превышает вклад от всей видимой нами барионной материи, а тёмная энергия составляет 70% энергетического поля Вселенной. Поэтому те, кто думает, что в космосе больше нечего изучать, неправы в корне, человечество делает только самые первые шаги», — поделился Роман Ткаченко.
Понятно, что полёты людей на околоземную орбиту не приблизят разгадку природы этих явлений, тут в игру вступают астрофизики, радиофизики, квантовые физики. Возможно, скоро у науки окажется больше данных в свете, например, работы телескопа Джеймс Уэбб, получающего новые данные о Вселенной на больших красных смещениях.
В России же изучение тёмной материи и тёмной энергии выбрано одной из приоритетных целей строящегося в Сарове Национального центра физики и математики под руководством академика РАН Александра Сергеева.
На фоне необъяснимой сущности тёмной материи и тёмной энергии никуда не исчез главный вопрос, многие годы обращённый человечеством к звёздам: одинока ли Земля во Вселенной как планета, населенная живыми существами. До сих пор не обнаружена даже примитивная жизнь где-либо вне Земли, не говоря уже о разумной жизни.
Вот в поисках жизни или условий для неё пригодных, космические полёты будут продолжаться и к другим планетам Солнечной системы и к экзопланетам соседних галактик. Однако рисковать жизнью космонавтов для этого необязательно — на вооружении у астрономов уже давно стоят беспилотные аппараты
«Первой успешной космической обсерваторией стал советский искусственный спутник земли «Космос-215», оснащенный восемью оптическими телескопами, рентгеновским телескопом и двумя фотометрами. Данный аппарат был запущен на околоземную орбиту и использовался как для наблюдения горячих звезд, так и для регистрации Солнечного УФ излучения, рассеянного на атмосфере Земли», — рассказал Роман Ткаченко.
Сейчас же беспилотные аппараты используются повсеместно и часто представляют собой крупные международные проекты. Так, например, космический телескоп Gaia, расположенный в 1.5 млн. км. от Земли, около точки Лагранжа L2 системы Земля-Солнце, запущенный в 2013 году, до сих пор предоставляет ценнейшие астрономические данные. Главной задачей телескопа является составление подробной карты Млечного Пути. Помимо этого, с помощью Gaia были открыты тысячи экзопланет, а также астероиды и кометы в Солнечной системе.
Кроме космических телескопов, в качестве беспилотных аппаратов в исследовании космоса выступают различного рода планетоходы, например, широко известные марсоходы «Кьюриосити» и «Персеверанс», работающие на Марсе и в настоящее время.
Южный федеральный университет поздравляет с Днём космонавтики всех, кто причастен к освоению космоса, следит за этой сферой науки и интересуется тайнами Вселенной. Желаем новых достижений и открытий!